Тема 1. Общие сведения о мелиоративных и

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ, ИХ ДЕТАЛЯХ,

СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦАХ И МЕХАНИЗМАХ

Лекция 1.1. Общие сведения о машинах

1. Понятие машины и механизма. Классификация мелиоративных и строительных машин.

2. Основные показатели машин.

3. Понятие унификации машин.

4. Индексация мелиоративных и строительных машин.

Литература: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1.1.1 Понятие машины и механизма. Классификация мелиоративных и строительных машин.

Разнообразие возводимых строительных сооружений по конструкциям и объемам работ, а также технологических процессов, осуществляемых в процессе строительства, вызывает необходимость применения различных по своему назначению, устройству, мощности и размерам мелиоративных и строительных машин.

Машина – это устройство, выполняющее полезную работу по преобразованию одного вида энергии в другую.

Машина состоит из механизмов, объединенных общим корпусом (рамой или станиной).

Механизм – это устройство для передачи и преобразования движений и скоростей, а также усилий и крутящих моментов, развиваемых двигателем.

Машины и механизмы собираются из деталей (например, гайки, болты, валы, зубчатые колеса и т. д.).

Машина состоит из следующих основных систем и узлов:

• силовой установки,

• рабочих органов,

• трансмиссии,

• ходового оборудования (или станины),

• механизмов управления.

Классификация строительных машин производится с распределением на группы по признаку их назначения в строительстве, а в каждой группе – по конструктивным особенностям и, затем – по рабочим параметрам.

По назначению строительные машины и оборудование могут быть: грузоподъемные, транспортирующие, погрузочно-разгрузочные, для подготовительных и вспомогательных работ, землеройные и грунтоуплотняющие, буровые, сваебойные, дробильно-сортировочные, смесительные, машины для транспортирования бетонных смесей и растворов, бетоноукладочные, отделочные, ручные машины, дорожные, для технического обслуживания.

Мелиоративные машины можно считать специальными, так как они предназначаются для строительства в одной отрасли. К ним относятся: каналокопатели, машины для профилирования, планировки и уплотнения русла каналов, для орошения полей, кусторезы, корчеватели, кустарниково-болотные плуги, дренажные машины и др.

Каждая, из названных групп машин в свою очередь может быть разделена по способу выполнения работ и виду рабочего органа на подгруппы. Например, грузоподъемные машины могут быть разделены на простейшие ГПМ (домкраты, тали, лебедки), краны (стреловые, башенные, мостовые, козловые, краны-трубоукладчики), подъемники (мачтовые, шахтные, скиповые, автоподъёмники).

Машины для земляных работ могут быть разделены на: землеройно-транспортные (бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдер-элеваторы и др.), землеройные (экскаваторы), оборудование для гидромеханического способа разработки грунтов (гидромониторы, земснаряды и др.), грунтоуплотняющие машины (катки, виброуплотнительные машины, трамбовки и др.).

Машины в каждой группе в спою очередь различаются по производственной характеристике (мощности, объему ковша, грузоподъемности, тяговому усилию, производительности, габаритам, массе и т. д.). Отдельные виды строительных машин различаются по типу ходового устройства (гусеничное или пневмоколесное); по типу базовой машины, на которой смонтирована та или другая машина (автомобиль, трактор, пневмоколесный тягач); по видам двигателя или привода с электрическим двигателем, двигателем внутреннего сгорания, с гидравлическим или пневматическим приводом.

Все строительные машины по источнику потребляемой энергии могут быть разделены на машины, работающие от собственной энергетической установки, и машины, использующие энергию, подведенную извне.

По числу рабочего оборудования строительные машины разделяют на универсальные и специальные. Первые – снабжаются несколькими видами сменного рабочего оборудования, а вторые – только одним видом рабочего оборудования.

Мелиоративные и строительные машины по принципу действия можно разделить на цикличные и непрерывного действия. К машинам цикличного действия относятся; одноковшовые экскаваторы, башенные краны и все другие машины, которые выполняют одновременно только одну, редко две операции, чередующиеся по времени; например, наполнение ковша, затем поворот стрелы экскаватора, разгрузка и возвращение порожнего ковша в забой.

Большинство строительных машин самоходные, но имеются машины и стационарные (приставные башенные краны, мачтовые подъёмники, дробилки, грохоты).

Машины непрерывного действия – это конвейеры, многоковшовые экскаваторы и все те машины, у которых все основные операции выполняются одновременно (многоковшовый экскаватор).

1.1.2. Основные показатели машин.

Возможность и целесообразность применения той или иной строительной машины определяется основными ее показателями. К ним относятся: габариты и масса машины, мощность двигателя (или двигателей), производительность машины и др. Кроме того, строительные машины, в зависимости от типа и назначения, характеризуются рядом других показателей. Например, экскаватор и скрепер – емкостью ковша, дробилка – шириной входной щели и величиной дробимого камня и т.д.

Габариты подразделяют на габариты собственно машины, которые всегда остаются постоянными (высота кабины, ширина гусениц, кузова самосвала и т. д.) и на габариты рабочих органов, положение которых во время работы может меняться.

Постоянные габариты должны быть минимальными. Они определяются возможностью размещения механизмов, удобствами обслуживания, ремонта и транспортировки, условиями устойчивости, допустимым давлением на грунт и необходимостью обеспечения рабочих размеров.

Рабочие размеры определяются условиями работы и также принимаются минимальными при условии обеспечения заданных размеров сооружаемого объекта (ширины и глубины канала, глубины укладки дрены, ширины планируемой полосы и т. д.). Их увеличение при сохранении других параметров вызывает снижение усилий на рабочем органе, уменьшает производительность.

Массу машины подразделяют на рабочую (с полным запасом горюче-смазочных (ГСМ) и эксплуатационных материалов), конструктивную (или сухую) и транспортную (в упаковке).

Почти для всех машин этот показатель следует максимально уменьшать (кроме шар-, клин-молота, молота и др.).

Качество большинства машин оценивают не столько по их общей массе, сколько по удельной, отнесенной к единице производительности или мощности или по размерам рабочего органа.

Для переносных машин (например, для механизированного инструмента) важна общая масса.

Мощность – это количество работы, выполняемой машиной за единицу времени. Ее можно определить по формуле:

P = (Fl)/tη_общ,

где F – сила, выполняющая полезную работу, например, усилие на ноже грейдера при резании грунта;

l –путь действия силы, например, длина срезанной стружки грунта;

t – продолжительность действия силы;

_общ – коэффициент полезного действия машины.

Степень совершенства машины характеризуется коэффициентом полезного действия  (КПД), который определяется, как отношение полезной работы, расходуемой на рабочем органе, к работе, произведенной двигателем машины:

η = P_р.о/P_дв,

где P_дв – мощность двигателя машины;

P_св – мощность, расходуемая на рабочем органе.

Если коэффициент полезного действия  = 0,8, то это значит, что 0,2 всей мощности (или 20 %) расходуется на трение в трансмиссии: в подшипниках, в зубчатых колесах и 0,8 всей мощности (или 80 %) передается трансмиссией на рабочий орган.

Мощность двигателя машины определяется по формуле:

P_дв = P_р.о/η.

Коэффициент полезного действия колеблется от 0,4 у машин со сложной трансмиссией до 0,9…0,95 у простых машин.

Производительность является важнейшей составной частью технической характеристики машин.

Производительность машины – это количество продукции (выраженное в массе, объеме или штуках), вырабатываемой (перерабатываемой) за единицу времени (час, смену, месяц, год). Различают производительность: теоретическую (расчетную, конструктивную), техническую и эксплуатационную.

Теоретическая производительность (расчетная, конструктивная) – это максимально возможное количество продукции, вырабатываемой за единицу времени непрерывной работы при расчетных скоростях рабочих движений и нагрузках.

Для машин циклического действия теоретическая часовая производительность (П_т):

П_т = q n = (60 q)/t_ц,

где q – количество продукции, вырабатываемой за один рабочий цикл;

п – число циклов, выполняемых машиной в 1 мин, n = 60/t_ц, (t_ц – продолжительность цикла).

Для машин непрерывного действия теоретическая часовая производительность:

П_т = 3600 q v,

где q – количество материала, размещающегося на 1 м длины потока продукции, кг, м³;

v – скорость потока продукции, м/с.

Для машин непрерывного действия, осуществляющих рабочий процесс порционно:

П_т = (3600 q v)/а,

где а – шаг между отдельными порциями (ковшами, скребками, штучным грузом).

Техническая производительность – это количество продукции, вырабатываемой за единицу времени непрерывной работы машины непосредственно в конкретных производственных условиях при правильно выбранных режимах работы и нагрузках на рабочие органы.

При определении технической производительности определенной машины, например, одноковшового экскаватора, учитывается группа разрабатываемого грунта, высота забоя, угол поворота стрелы с ковшом, вид работы – в отвал или на транспортные средства, коэффициент заполнения ковша и другие факторы. Поскольку все перечисленные факторы могут иметь различные значения, то и техническая производительность машины при различных условиях будет изменяться.

Для машин циклического действия (например, кранов) часовую техническую производительность определяют по формуле:

П_тех = 60 q n k_t,

где q – грузоподъемность крана;

п – число рабочих циклов в минуту;

k_t – коэффициент, учитывающий степень использования грузоподъемности (при подъёме грузов с различной массой).

k_t=k_н/k_р,

где k_н – коэффициент наполнения ковша;

k_н = V_к/V_геом;

V_к – объем материала в ковше;

V_геом – геометрическая емкость ковша.

Для машин непрерывного действия часовую техническую производительность определяют по формуле:

П_тех = 3600 q v k_y,

где q – масса груза, кг, или объем, м³, приходящийся на 1 м длины несущего органа машины;

v – линейная скорость движения рабочего органа, м/с;

k_y – коэффициент, учитывающий конкретные условия работы.

Эксплуатационная производительность П_экс – это количество продукции, вырабатываемой в единицу времени с учетом всех перерывов в работе, вызываемых требованиями эксплуатации, условиями труда работающих и организационными причинами:

П_экс = П_тех k_в,

где k_в – коэффициент использования машины по времени;

k_в = 0,7…0,8 – для машин циклического действия;

k_в = 0,85…0,90 – для машин непрерывного действия.

Сменную или годовую эксплуатационную производительность машины определяют на основании данных режима машины и ее среднечасовой эксплуатационной производительности:

П_{экс год} = П_экс Т,

где Т – число часов работы машины в течение смены или года.

Техническая производительность показывает, какие возможности заложены в машине, а эксплуатационная – как эти возможности используются. Отношение второй производительности к первой определяется коэффициентом использования машины во времени.

Производительность зависит от надежности машины, от количества времени, потраченного на плановые и внеплановые работы по уходу и ремонту. Очевидно, что машина, обладающая большой технической производительностью, но часто выходящая из строя по техническим причинам и требующая продолжительных по времени технических уходов, то есть с низкой надежностью, хуже надежной машины, имеющей несколько меньшую производительность.

Основным показателем машины, а также деятельности строительной организации, служит стоимость единицы готовой продукции. Кроме него, немаловажное значение имеют и такие показатели как: затраты рабочей силы на единицу продукции (выработка на одного рабочего), расход энергии на выполнение работы и металла на изготовление машины (энерго- и металлоемкость), количество рабочих часов, затраченных на изготовление машины.

Для сравнения двух машин одинакового назначения используют следующие показатели:

– выработка на одного рабочего П_уд:

П_уд = П_экс/N, м³/ч·чел,

где N – число рабочих обслуживающих машину в течении часа.

– удельная материалоемкость m_уд:

m_уд = m/П_экс, кг ч/м³,

где m – масса машины.

– удельная энергоемкость Р_уд:

Р_уд = Р/П_экс, кВт·ч/м³

где Р – мощность силового оборудования.

К важным показателям машин относятся также их долговечность и надежность.

Долговечность характеризуется временем, которое машина может работать между капитальными ремонтами, при своевременном проведении соответствующих операций по смазке и регулировке.

Надежность – это способность машины, узла или детали работать без каких-либо неполадок продолжительное время.

Надежность машины зависит от того, насколько удачно выбраны конструкции узлов, насколько качественно изготовлены детали и, конечно, от качества и своевременности выполнения ухода и ремонтов в процессе эксплуатации.

Оба эти понятия близки между собой и часто употребляются одновременно; однако для одних машин и механизмов весьма важна их надежность (самолет, рулевое управление автомобиля), для других – долговечность (экскаватор, дробильные плиты, зубья ковша).